Хлоя родилась 10 февраля 1997 года в Атланте, США. Девочка с детства не знала бед: отец работал пластическим хирургом и неплохо зарабатывал, мать – медсестрой, а четверо братьев не давали скучать. Когда Хлое было шесть лет, семья перебралась в Лос-Анджелес, где каждый второй ребенок мечтает о сцене. К этому времени старший брат Тревор поступил в школу искусств в Нью-Йорке, чем еще больше привлек внимание девочки к актерскому ремеслу. В 8 лет миловидная белокурая второклашка стала ходить на кастинги и получать эпизодические роли в телесериалах («Защитник», «Отчаянные домохозяйки», «Меня зовут Эрл»). Впрочем, это не отличало ее от большинства других лос-анджелесских школьниц, штурмующих телевидение. Однако 8-летней Хлое повезло попасть в успешный кассовый проект: режиссер Эндрю Дуглас утвердил девочку в свой триллер «Ужас Амитивилля» (2005) с Райаном Рейнольдсом в главной роли. Хлоя сыграла одну из дочерей несчастной семьи. Картина собрала больше 100 миллионов долларов в мире и обеспечила актрисе узнаваемость. Девочку также номинировали на премию «Молодой актер», что значительно повысило статус Хлои Морец среди других детей-актеров.
Через год после своего маленького триумфа 9-летняя актриса вновь появилась на большом экране в сиквеле оглушительной комедии «Дом большой мамочки 2» (2006), где ее нянчит герой Мартина Лоуренса. В том же 2006 году актриса сыграла в других проектах: «Комната 6», «Dом Zомби», в сериалах «Студия 30», «Грязные мокрые деньги». В 2008 году 11-летняя Хлоя появилась в криминальной драме «Третий гвоздь», триллере «Глаз» и драме «Дом покера», а также озвучивала мультфильмы («Мои друзья Тигруля и Винни», «Вольт»). Еще один прорыв ее ждал в 2009-ом, когда Хлоя сыграла в романтическом фильме о любви Марка Уэбба «500 дней лета». Морец досталась второстепенная роль сестры главного героя Джозефа Гордона-Левитта, однако картина стала такой успешной, что покрыла славой и ее незначительную роль (в частности, фильм удостоился двух номинаций на «Золотой глобус»). Кроме того, Хлоя одновременно получила и популярность у зрителей, и внимание кинокритики.
Девочка использовала этот момент и проявила свой талант уже через год, когда появилась в главной роли в комедийном триллере «Пипец» (2010). 13-летняя актриса удачно исполнила роль маленькой убийцы, жаждущей мести. Премия канала «MTV» наградила подростка статусами «Прорыв года» и «Самая «крутая» звезда». С тех пор «самая крутая» Морец стала получать главные роли: в фантастической драме «Впусти меня. Сага» (2010), психологическом триллере «Поля» (2010), мелодраме «Провинциалка» (2011). Еще один знак профессионального признания Хлоя получила, когда победила на премии «Сатурн» и стала лучшей молодой актрисой года (за фильм «Впусти меня. Сага»). На пике такого успеха талантливую и красивую актрису утверждает в свой грандиозный проект «Хранитель времени» (2011) легендарный режиссер Мартин Скорсезе. Хлоя получила ведущую роль любопытной дочери главного героя, которого сыграл Бен Кингсли. Лента удостоилась пяти «Оскаров» и имела оглушительный успех у кинокритиков, а актриса была номинирована на премию «Сатурн».
После участия в оскароносном фильме великого мастера Хлое поступают другие предложения в высококлассные проекты. В 2012 году она появилась в картине «Мрачные тени» еще одной легенды Голливуда – режиссера Тима Бертона. Девушка невероятно востребована. Уже в 15 лет Хлоя Морец забралась в своей актерской карьере так высоко, что нужно постараться, чтобы скатиться оттуда